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第1章 微系统技术基础1

1.1 微系统的定义和超越摩尔定律1

1.1.1 微系统的定义1

1.1.2 微系统的功能及意义2

1.1.3 超越摩尔定律4

1.1.4 微系统的主要特点6

1.2 微系统发展的迫切性7

1.2.1 发展微系统的迫切性和意义7

1.2.2 不断增长的市场需求8

1.2.3 微系统的发展历程8

1.3 关键推动技术9

1.3.1 微系统设计思想10

1.3.2 异质集成技术10

1.3.3 先进功能材料技术15

1.3.4 仿真验证及可靠性测试技术19

1.4 微系统制造典型工艺——硅基工艺19

1.4.1 硅基表面加工和体加工技术概述21

1.4.2 光刻22

1.4.3 薄膜沉积22

1.4.4 掺杂24

1.4.5 刻蚀25

1.4.6 SOI＋DRIE技术在微系统中的应用28

1.5 微系统制造典型工艺——非硅基工艺31

1.5.1 非硅微加工技术及其特点31

1.5.2 非硅基MEMS技术中的LIGA工艺31

1.5.3 在军事上最具前景的UV-LIGA技术38

1.6 小结41

参考文献41

第2章 高动态微系统44

2.1 高动态微系统内涵44

2.1.1 高动态环境下的微系统44

2.1.2 尺寸效应下高动态微系统的挑战45

2.1.3 高动态微系统的优势45

2.2 高动态微系统的工作环境及特点46

2.3 高动态微系统设计及关键功能器件48

2.3.1 高动态微系统设计思想48

2.3.2 高动态环境下微传感器技术49

2.3.3 高动态环境下执行器技术60

2.3.4 高动态环境下微电源技术66

2.3.5 高动态微系统精确时钟控制技术77

2.4 高动态微系统关键集成技术81

2.4.1 高动态微系统双向流程集成技术81

2.4.2 高动态微系统加固技术82

2.4.3 高动态微系统可靠性及抗干扰技术83

2.5 高动态微系统发展现状及趋势83

2.5.1 航空航天高动态微系统83

2.5.2 高动态微系统在兵器中的应用85

2.5.3 微型多功能作战平台87

2.6 小结90

参考文献90

第3章 微系统互连技术93

3.1 引线键合技术94

3.1.1 引线键合技术概述94

3.1.2 引线键合形式99

3.1.3 引线键合质量评估和失效分析101

3.2 导电聚合物键合技术110

3.2.1 导电聚合物键合简介110

3.2.2 导电黏结剂综述110

3.2.3 聚合物键合工艺114

3.2.4 聚合物键合质量控制124

3.3 倒装芯片及多芯片组件技术127

3.3.1 倒装芯片技术概述127

3.3.2 倒装芯片加工技术128

3.3.3 多芯片组件技术131

3.4 芯片尺寸封装与焊球阵列封装技术135

3.4.1 芯片尺寸封装概述135

3.4.2 芯片尺寸封装技术136

3.4.3 焊球阵列封装技术139

3.5 小结143

参考文献144

第4章 微系统封装集成技术145

4.1 微系统封装集成概述145

4.2 微系统封装集成的关键技术149

4.2.1 界面技术149

4.2.2 精度和可靠性150

4.2.3 组装可靠性与可测试性152

4.2.4 高质量密封技术153

4.3 微系统封装的三个等级及集成设计155

4.3.1 芯片级封装155

4.3.2 器件级封装156

4.3.3 系统级封装158

4.3.4 关键的后工艺——内部环境控制163

4.4 高动态微系统封装集成基本过程164

4.4.1 表面微加工164

4.4.2 封装的选择165

4.4.3 芯片连接165

4.4.4 电连接和密封167

4.4.5 封装区域的清洁167

4.4.6 模块化高动态微系统封装集成167

4.4.7 特殊问题169

4.5 典型微传感器封装集成170

4.5.1 微压力传感器170

4.5.2 加速度计173

4.5.3 流量传感器174

4.5.4 化学传感器177

4.5.5 光学传感器178

4.5.6 磁传感器180

4.5.7 微流体器件181

4.6 MEMS与IC的集成182

4.6.1 IC与微系统集成182

4.6.2 纳米系统集成典型案例186

4.7 微系统封装测试标准191

4.8 小结192

参考文献192

第5章 高动态微系统的力学防护技术193

5.1 高动态微系统力学防护的必要性193

5.2 高动态环境下多谐振荡电路的输出响应198

5.2.1 多谐振荡电路199

5.2.2 模拟试验平台的搭建203

5.2.3 试验过程及数据采集205

5.3 高动态微系统的防护理论及防护方法209

5.3.1 典型硬目标的侵彻理论210

5.3.2 应力波效应214

5.3.3 微系统失效的主要原因215

5.3.4 钻地弹侵彻问题的研究方法216

5.4 高动态微系统的防护措施218

5.4.1 从内部提高引信抗高过载的主要途径219

5.4.2 应用MEMS技术提高引信抗高过载能力220

5.4.3 提高引信抗高过载性能的缓冲措施221

5.5 缓冲材料的防护效果223

5.5.1 材料的缓冲机理223

5.5.2 工程常选用的缓冲材料224

5.5.3 侵彻模型建立和材料模型225

5.5.4 缓冲材料的效果数值模拟及对比分析231

5.6 防护结构的防护效果234

5.6.1 防护结构设计234

5.6.2 防护材料的选择236

5.6.3 侵彻过程中不同防护结构的仿真分析239

参考文献247

第6章 高动态微系统的可靠性及失效机理251

6.1 高动态微系统可靠性及失效机理研究的必要性251

6.2 高动态微系统可靠性分析研究252

6.2.1 微系统典型失效模式与机理252

6.2.2 仿真方法研究258

6.2.3 可靠度计算方法259

6.3 微系统安保装置多场耦合仿真267

6.3.1 离心力和后坐力耦合仿真268

6.3.2 后坐力、离心力和温度耦合仿真270

6.3.3 不同离心力作用影响271

6.3.4 尺寸作用影响276

6.4 微系统固态开关多场耦合仿真279

6.4.1 COB封装方式仿真279

6.4.2 倒装焊封装方式仿真284

参考文献290

第7章 传感器、执行器和供电一体化集成微系统293

7.1 驻极体机制293

7.1.1 驻极体的物理原理294

7.1.2 驻极体的分类及电学特性295

7.2 驻极体的极化技术298

7.2.1 电晕极化技术298

7.2.2 紫外线极化技术299

7.2.3 软X射线极化技术300

7.3 驻极体在高度集成微系统的应用301

7.3.1 驻极体微传感器302

7.3.2 驻极体微执行器305

7.3.3 驻极体微能源器308

7.4 压电驻极体机制315

7.4.1 压电驻极体的压电性316

7.4.2 压电驻极体的基本理论317

7.5 压电驻极体制备技术319

7.5.1 压电驻极体的工业制备及局限性319

7.5.2 压电驻极体的MEMS工艺制备321

7.6 压电驻极体极化技术323

7.6.1 介质阻挡放电极化及局限性323

7.6.2 软X射线极化技术324

7.7 压电驻极体在高度集成微系统的应用326

7.7.1 压电驻极体微传感器326

7.7.2 压电驻极体微能源器333

7.8 传感器-执行器-自供电高度集成微系统展望339

参考文献340